水稻不同生育階段稻田水位調(diào)控對產(chǎn)量因子及產(chǎn)量的影響

王 君，俞雙恩，丁繼輝，胡 哲，肖夢華

(1.河海大學(xué)南方地區(qū)高效灌排與農(nóng)業(yè)水土環(huán)境教育部重點(diǎn)實驗室，江蘇南京 210098;2.河海大學(xué)水利水電學(xué)院，江蘇南京 210098;3.浙江省桐鄉(xiāng)市水利局，浙江桐鄉(xiāng) 314500)

水稻是我國主要的糧食作物，由于降雨的時空分布不均和水資源的短缺，水稻在不同生育階段都有可能受到干旱脅迫。水稻受旱對產(chǎn)量的影響一直是我國有關(guān)科技工作者關(guān)注的熱點(diǎn)［1-6］。由于地理位置、環(huán)境、栽培技術(shù)、品種的差異，水稻受旱對其生長指標(biāo)及產(chǎn)量影響的結(jié)論也不完全一致。為了進(jìn)一步研究水稻不同生育階段受旱對產(chǎn)量及其構(gòu)成因子的影響，并探討產(chǎn)量構(gòu)成因子對產(chǎn)量貢獻(xiàn)的大小，本文以稻田水位作為調(diào)控指標(biāo)，對水稻進(jìn)行受旱試驗，研究水稻在不同生育階段受旱對產(chǎn)量及其構(gòu)成因子的影響，并通過灰色關(guān)聯(lián)度分析方法［7］研究水稻產(chǎn)量構(gòu)成因子對水稻產(chǎn)量貢獻(xiàn)的大小。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況及供試水稻品種

試驗于2009年5—10月在河海大學(xué)南方地區(qū)高效灌排與農(nóng)業(yè)水土環(huán)境教育部重點(diǎn)實驗室的試驗場內(nèi)進(jìn)行。該試驗場位于河海大學(xué)江寧校區(qū)，屬于亞熱帶濕潤氣候，冬冷夏熱，四季分明，年平均降雨量為1021.3 mm，年平均蒸發(fā)量為900 mm，年平均氣溫15.7℃，絕對最高溫度43℃，絕對最低溫度-14℃，最熱月平均溫度28.1℃，最冷月平均溫度-2.1℃，最大平均濕度81%，年無霜期237 d，年均日照時數(shù)2212.8 h，日照時數(shù)百分率約50%。

試驗場共有32個固定式蒸滲儀(有底28個，無底4個)，分2組布置，每組16個(每個蒸滲儀的規(guī)格長×寬×深為2.5 m×2 m×2 m)，中間設(shè)地下廊道及地下設(shè)備間，地面設(shè)有移動式雨棚。

供試的水稻品種為揚(yáng)粳4038，全生育期150 d左右，分為苗期、返青期、分蘗期、拔節(jié)孕穗期、抽穗揚(yáng)花期、乳熟期、黃熟期7個生育階段。水稻5月11日14:00泡種，12日17:00開始催芽，5月13日下午育秧，6月14日移栽，移栽時的葉齡為6葉期，栽插密度為25 cm×15 cm，合計26.7萬穴/hm2，每穴3根基本苗。合計基本苗80萬根/hm2。

1.2 試驗方案

以稻田水位作為水分調(diào)控指標(biāo)，分別在分蘗期、拔節(jié)孕穗期、抽穗開花期和乳熟期進(jìn)行水稻不同程度的受旱試驗:(a)控水時地下水位按控制標(biāo)準(zhǔn)保持不變，補(bǔ)水時通過與測坑相連的地下連通器補(bǔ)充地下水，避免從地表灌水。(b)控水結(jié)束后，灌水至適宜水深上限。(c)根據(jù)以往的水稻試驗得到水稻的適宜控水下限為-300 mm，上限為30 mm。為了達(dá)到試驗效果，受旱控水深度為-400 mm和-600 mm，受旱控制水位時間為10 d，每個生育階段開始時控水(分蘗期水位為-200 mm和-20 mm，受旱控水深度為-300 mm和-500 mm)，試驗處理方案見表1。分別在9個測坑內(nèi)進(jìn)行試驗，每個測坑隔成面積相等的3塊，即1個測坑3個重復(fù)。對照試驗在無底測坑中進(jìn)行，控水處理在有底測坑中進(jìn)行。

表1 水稻受旱處理設(shè)計方案Table 1 Design scheme of rice drought

1.3 觀測內(nèi)容與方法

1.3.1 水位觀測

每天上午9:00觀測農(nóng)田水位深度。當(dāng)上午的觀測值低于或接近下限值(差值小于等于10mm(水層)或50 mm(地下水))時當(dāng)天按處理要求灌水至上限。

1.3.2 考種

收割前4天，每個測坑隨機(jī)選取5穴，測量其株高、節(jié)間距、穗長、穗數(shù)和實癟粒數(shù)，計算結(jié)實率。用50 cm×50 cm的鐵框，每個測坑隨機(jī)取3次樣，數(shù)鐵框內(nèi)穗數(shù)。收割后，在每穴中隨機(jī)選取1 000粒實粒，計算千粒質(zhì)量。

2 結(jié)果與分析

2.1 水稻產(chǎn)量構(gòu)成因子分析

2.1.1 有效穗數(shù)

水稻產(chǎn)量與構(gòu)成因子原始數(shù)據(jù)見表2。表2中數(shù)據(jù)為各控水處理和對照處理3個重復(fù)的平均值，a，b，c表示同一測定相同項目在P0.05水平上的差異顯著性。

由表2可知，控水處理H1，H2，H4與對照相比，有效穗數(shù)降幅比較明顯，降幅分別為17.58%，24.85%，16.97%;而其他控水處理與對照相比，降幅在0.61% ～7.58%之間變化。由此可見，分蘗期受旱對有效穗數(shù)的影響最大，因為分蘗期是決定穗數(shù)的關(guān)鍵時期［8］。如果受旱，會減少分蘗，進(jìn)而影響有效穗數(shù)。而拔節(jié)孕穗期控水處理H3、抽穗開花期、乳熟期對有效穗數(shù)的影響并不大。拔節(jié)孕穗期控水處理H4與H3相比，可能因為受旱過于嚴(yán)重，才導(dǎo)致有效分蘗顯著減少。

表2 水稻產(chǎn)量與構(gòu)成因子原始數(shù)據(jù)Table 2 Original data of rice yield and component factors

2.1.2 穗粒數(shù)

由表2可知，分蘗期控水處理H1，H2與對照相比，穗粒數(shù)分別增加1.40%和2.04%;而拔節(jié)孕穗期、抽穗開花期控水處理H3，H4，H5，H6與對照相比，穗粒數(shù)降幅在1.08% ～3.41%之間;乳熟期控水處理H7，H8與對照相比，穗粒數(shù)增幅為0.61%和0.99%，基本上沒有變化。由此可見，拔節(jié)孕穗期和抽穗開花期受旱對穗粒數(shù)的增加不利;而分蘗期可能因為受旱致使穗數(shù)減少，降低了穗數(shù)之間的競爭程度，復(fù)水后的補(bǔ)償效應(yīng)［9-10］使得穗粒數(shù)增加。

2.1.3 結(jié)實率

由表2可知，控水處理H1和H2與對照相比，結(jié)實率增幅0.85%和1.69%，但是沒有顯著性差異，原因可能是分蘗期受旱、復(fù)水后的補(bǔ)償效應(yīng)。而控水處理H4，H5，H6，H8與對照相比，結(jié)實率減幅在2.70% ～3.40%之間，達(dá)到P0.05顯著水平。由此可知，拔節(jié)孕穗期控水處理H4、抽穗開花期控水處理H6和乳熟期控水處理H8都會導(dǎo)致水稻空秕提高，結(jié)實率顯著下降，而拔節(jié)孕穗期控水處理H3和乳熟期控水處理H7對結(jié)實率并沒有顯著性影響。對于抽穗開花期和乳熟期而言，控制水位越深(即受旱越嚴(yán)重)，結(jié)實率越低。綜上可知，抽穗開花期是水稻結(jié)實率最敏感時期。

2.1.4 千粒質(zhì)量

從表2可以看出:(a)除了控水處理H1以外，其他控水處理與對照相比，千粒質(zhì)量均降低了，降幅在1.72% ～4.40%之間;控水處理H1千粒質(zhì)量增幅0.57%，基本上與對照沒有差別。(b)同一生育階段，由于控水深度不一樣，千粒質(zhì)量降幅也不一樣，控水深度越深(即受旱越嚴(yán)重)，千粒質(zhì)量降幅越大。(c)降幅最大的控水處理是H6和H8，降幅分別達(dá)到4.21%和4.40%。由此可知抽穗開花期和乳熟期受旱對水稻千粒質(zhì)量最為不利。因為抽穗開花后是水稻生殖生長期，主要以開花、授粉、結(jié)實、灌漿為主，對穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量影響較大。

2.2 產(chǎn)量

由表2可知，各個控水處理與對照相比，產(chǎn)量降幅為5.78% ～24.33%。比較控水處理H2，H4，H6，H8和對照可知:(a)拔節(jié)孕穗期受旱對產(chǎn)量的影響最嚴(yán)重，產(chǎn)量降幅達(dá)24.33%，經(jīng)方差分析達(dá)P0.05顯著水平，此階段為缺水敏感期，這與武蘭春［11］的研究相似。(b)分蘗期，產(chǎn)量降幅為23.36%，經(jīng)方差分析達(dá)到P0.05顯著水平。分蘗期是決定穗數(shù)的關(guān)鍵時期，如果分蘗期嚴(yán)重受旱，勢必會影響水稻的穗數(shù)，進(jìn)而影響產(chǎn)量。(c)抽穗開花期，產(chǎn)量降幅為17.30%，也達(dá)到P0.05顯著水平。(d)乳熟期產(chǎn)量降幅只有8.44%，在P0.05水平?jīng)]有顯著性差異。另外，從表2還可以知道，同一生育階段，控制地下水位越深(即受旱越嚴(yán)重)，水稻減產(chǎn)也越嚴(yán)重。

2.3 水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因子間的灰色關(guān)聯(lián)度分析

為了探討不同生育階段受旱情況下水稻產(chǎn)量與其構(gòu)成因子之間的關(guān)聯(lián)，本文采用灰色關(guān)聯(lián)度分析法進(jìn)行分析［7］。該方法與數(shù)理統(tǒng)計學(xué)的相關(guān)分析不同，主要基于灰色系統(tǒng)的灰色過程，進(jìn)行因素間時間序列的比較，不要求數(shù)據(jù)太多，主要研究動態(tài)過程。

2.3.1 原始數(shù)據(jù)的均值化變換

先分別求出表2中各個序列的平均值，再用平均值除以對應(yīng)序列中的各個原始數(shù)據(jù)，便得到新的數(shù)據(jù)，即為均值化序列。均值化序列的特點(diǎn)是量綱為1，其值大于0，并且大部分接近于1(見表3)。

2.3.2 計算絕對差值

根據(jù)表3數(shù)據(jù)求出水稻產(chǎn)量與其構(gòu)成因子對應(yīng)點(diǎn)的絕對差值，見表4。

2.3.3 計算關(guān)聯(lián)系數(shù)

關(guān)聯(lián)系數(shù)的計算公式為

表3 水稻產(chǎn)量與構(gòu)成因子均值化轉(zhuǎn)化結(jié)果Table 3 Mean transformation of rice yield and component factors

表4 水稻產(chǎn)量與構(gòu)成因子的絕對差值Table 4 Absolute difference of rice yield and component factors

式中:ηOi(k)——關(guān)聯(lián)系數(shù);δmin——絕對差中最小值;δmax——絕對差中最大值;δOi(k)——兩比較序列的絕對差;ρ——分辨系數(shù)，其意義是削弱最大絕對差值太大引起的失真，提高關(guān)聯(lián)系數(shù)之間的差異顯著性，在0～1之間，一般情況下可取0.1～0.5，本文取0.5。將表4中的絕對差代入式(1)，得關(guān)聯(lián)系數(shù)表(表5)。

2.3.4 求關(guān)聯(lián)度

關(guān)聯(lián)度的計算公式為

表5 水稻產(chǎn)量與各因素的關(guān)聯(lián)系數(shù)Table 5 Correlation coefficients of rice yield and component factors

式中:rOi——子序列i與母序列 O的關(guān)聯(lián)度;N——比較序列的長度(即數(shù)據(jù)個數(shù))。把表5的數(shù)據(jù)代入式(2)，可得水稻產(chǎn)量與各因素的關(guān)聯(lián)度，見表6。

在本文的灰色關(guān)聯(lián)度分析中，關(guān)聯(lián)度是用來表示水稻產(chǎn)量各構(gòu)成因子對產(chǎn)量貢獻(xiàn)的大小，關(guān)聯(lián)度越大，說明該因子對產(chǎn)量的貢獻(xiàn)越大［12］。通過對控水條件下水稻產(chǎn)量4個構(gòu)成因子進(jìn)行分析，得出不同生育期受旱各產(chǎn)量構(gòu)成因子與水稻產(chǎn)量之間的關(guān)聯(lián)順序按從大到小排列為:(a)分蘗期，效穗數(shù)，千粒質(zhì)量，結(jié)實率，穗粒數(shù);(b)拔節(jié)孕穗期，有效穗數(shù)，結(jié)實率，千粒質(zhì)量，穗粒數(shù);(c)抽穗開花期，有效穗數(shù)，穗粒數(shù)，千粒質(zhì)量，結(jié)實率;(d)乳熟期，有效穗數(shù)，穗粒數(shù)，結(jié)實率，千粒質(zhì)量。說明在不同生育階段控水條件下，有效穗數(shù)對水稻產(chǎn)量的貢獻(xiàn)最大，應(yīng)盡可能提高水稻的有效穗數(shù)。由于水稻產(chǎn)量的構(gòu)成因子與產(chǎn)量及其各因子間存在相關(guān)性［13-14］，應(yīng)協(xié)調(diào)好這些因子之間的相互影響和制約作用，盡量防止在提高某一因素的同時使其他因素產(chǎn)生負(fù)面影響。

表6 水稻產(chǎn)量與各因素的關(guān)聯(lián)度Table 6 Correlation of rice yield and component factors

3 結(jié) 論

a.水稻不同生育階段受旱均會造成減產(chǎn)?？厮疃仍?400 mm時，各個生育階段受旱，水稻產(chǎn)量降幅為分蘗期(-300 mm)15.23%，拔節(jié)孕穗期5.78%，抽穗開花期9.05%，乳熟期7.19%;控水深度在-600 mm時，各個生育階段受旱，水稻產(chǎn)量降幅為分蘗期(-500 mm)23.36%，拔節(jié)孕穗期24.33%，抽穗開花期17.30%，乳熟期8.44%;且受旱越嚴(yán)重，減產(chǎn)越厲害，其中受旱最為敏感的是拔節(jié)孕穗期。分蘗期受旱對有效穗數(shù)最為不利，反而復(fù)水后會使穗粒數(shù)、結(jié)實率有所增加，對千粒質(zhì)量影響不大;拔節(jié)孕穗期受旱對穗粒數(shù)和結(jié)實率均會產(chǎn)生不利影響，而對千粒質(zhì)量影響并不顯著;抽穗開花期受旱對穗粒數(shù)、結(jié)實率和千粒質(zhì)量均產(chǎn)生不利影響;乳熟期受旱主要對千粒質(zhì)量產(chǎn)生不利影響。

b.通過對水稻產(chǎn)量與產(chǎn)量構(gòu)成因子間的灰色關(guān)聯(lián)度分析，得出受旱各因子與水稻產(chǎn)量之間的關(guān)聯(lián)順序按從大到小排列為:分蘗期，有效穗數(shù)，千粒質(zhì)量，結(jié)實率，穗粒數(shù);拔節(jié)孕穗期，有效穗數(shù)，結(jié)實率，千粒質(zhì)量，穗粒數(shù);抽穗開花期，有效穗數(shù)，穗粒數(shù)，千粒質(zhì)量，結(jié)實率;乳熟期，有效穗數(shù)，穗粒數(shù)，結(jié)實率，千粒質(zhì)量。

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